圆:circle-sin-cos动画的matplotlib

1 说明：

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1.1 环境：python3.8+matplotlib3.2+微软编辑器vscode。

1.2 圆、sin和cos的关系：属于基础性知识，在数学可视化教学和计算机编程中广泛被使用。

1.3 看起来简单，但是提高思维，很重要。

1.4 熟悉matplotlib作图和python编程基础性知识，讲解清楚，小白秒懂，适合普通人、数学爱好者和编程爱好者。

2 效果：

3 代码讲解：

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3.1 第1步：导入模块

import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
import matplotlib.animation as animation

3.2 第2步：初始化画布和参数

#整体风格设置：深黑色背景颜色，这种设置比较方便
#注意应该放在最前面
plt.style.use('dark_background')
#画布定义和大小设置：8,4=800和400
fig, ax= plt.subplots(1,1,figsize=(8,4))
plt.axis('equal')  # 保证长宽相等

#x和y坐标刻度范围
ax.set_xlim([0, 2*np.pi])
ax.set_ylim([-2.5, 2.5])

#sin和cos的x和y点坐标
x = np.linspace(0, 2*np.pi, 100)
ys = np.sin(x)
yc = np.cos(x)

3.3 第3步：圆和sin、cos的线条与圆点设置

#3-1 直线
#过圆心的水平x线
ax.plot(3*x - 3, 0*ys, linewidth=1, color='pink')

#圆心垂直y线
ax.plot(0*x, 2.5*ys, linewidth=1, color='pink')

#运动三个点的起始垂直y线
ax.plot(0*x+1, 2.5*ys, linewidth=1, color='blue')

#右侧终点垂直y线
ax.plot(0*x+7.3, 2.5*ys, linewidth=1, color='blue')

#3-2 圆
#初始化圆的线条
ax.plot(np.cos(x), np.sin(x), linewidth=1,color='white')
#运动后的圆的再次覆盖的圆线
circleLine, = ax.plot([], [],linewidth=4,color='green',label='circle')
#运动的圆的圆点
circleDot, = ax.plot([], [], 'o', color='yellow')

#3-3 sin
#初始化sin的线条
ax.plot(x + 1, np.sin(x), linewidth=1,color='yellow')

#sin运动后再次覆盖的线条
sineLine, = ax.plot([], [], linewidth=4,color='red', label='sin')
#sin的运动的圆点
sineDot, = ax.plot([], [], 'o', color='blue')

#3-4 cos
#初始化cos的线条
ax.plot(x + 1, np.cos(x)-1, linewidth=1,color='green')
#cos运动后再次覆盖的线条
cosLine, = ax.plot([], [], linewidth=4,color='pink',label='cos')
#cos的运动的圆点
cosDot, = ax.plot([], [], 'o', color='red')

3.4 第4步：动画anim设置

def moveAnim(i):
    # sin anim
    sineLine.set_data(x[:i] + 1,ys[:i])
    sineDot.set_data(x[i] + 1, ys[i])

    # cos anim
    cosLine.set_data(x[:i] + 1,yc[:i]-1)
    cosDot.set_data(x[i] + 1, yc[i]-1)

    # circle anim
    circleLine.set_data(np.cos(x[:i]), np.sin(x[:i]))
    circleDot.set_data(np.cos(x[i]), np.sin(x[i]))

3.5 第5步：动画挂起和plt基本设置

#动画挂起
anim = animation.FuncAnimation(fig, moveAnim, frames=len(x), interval=50)

#标题名
plt.title('circle-sin-cos-moving')
#plt.grid()  #显示网格
#保存
#HTML(anim.to_html5_video())
#anim.save('sine-py-effect.mp4', writer='ffmpeg')

plt.legend() #图例默认展示
plt.show() #展示

4 附注：matplotlib版本查询

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4.1 代码：

import matplotlib
a=matplotlib.__version__

print(a)

4.2 效果图：

5 画圆的意义：

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5.1 钟表的设置。

5.2 傅里叶级数变换。

5.3 数学教学的可视化。

5.4 等等。

满满的干货，请收藏。